射频影响牵一发动全局 滤波器设计取舍费思量

通道滤波器的方块图

这里采用低PIM的50欧姆(Ω)端接来终止一个输出，并在第二个输出处混合讯号产生器所发出的两种频率(f1+f2)。使用低PIM的定向耦合器(通常为30dB的耦合)来测量待测装置输入中的功率，并且据此校准功率计来读取正确的值。

一般比较偏爱以这种设置来精确地修正正确的输入功率，其误差仅等于耦合器的插入损耗(约为0.2dB)。因此，将两台低PIM双工器和待测装置串联起来。双工器在发射(Tx)和接收(Rx)埠之间也有着高度的隔离性。所产生的任何第三个IMD讯号将转至Rx埠，并以频谱分析仪进行测量。

PIM测试可以进行两种测量。在逆向PIM(Reverse PIM)中，应将滤波器上的输出埠端接到高功率、低PIM的50欧姆负载。另一方面，如图4所示，前向PIM(Forward PIM)采用第二台双工器，其Tx通道端接到高功率、低PIM的50欧姆负载。第三个IMD讯号将直接转至Rx通道，再以频谱分析仪进行测量。

根据所处理的阶段，在操作低PIM滤波器时有许多因素要考虑。首先，在设计和工程的阶段中，一定要减少粗糙度；金属之间的接触要尽可能地做到平滑，以避免电弧放电。为了确保可实现后一种特性，需要良好的镀银技术来降低表面电阻。此外，建议在讯号路径上采用尖锐的边缘和避免尖刺，如去角技术(Chamfering)将有助于实现此一目的。间隙不应太小，否则会产生电弧(一般不小于1毫米)。当然，由于铁磁材料是一种PIM的重要来源，因此严格要求进行镀银。

第二，在装配阶段，元件在机械加工完成后要清理掉任何毛刺以避免划伤(即使部分划伤)元件的表面。焊接操作应尽可能地平顺、均匀(例如以均质的方式)，不得使元件承受压力(弯曲)。理想的方法是使用凸缘型(Flange Type)连接器。

最后，对于测试过程，首先应确保设置本身不会产生PIM，且输入功率值应该是正确的。连接器应该要清理干净，将其扭矩调节至约23∼24牛顿米(N.m.)。连接位置应当对中，调谐螺钉和盖子应经过镀银处理，并用防松螺帽(Lock Nut)上紧。

插入损耗/抑制之间的权衡

对于高功率滤波器模组和无线站点解决方案来说，空腔滤波器(Cavity Filter)是业界普遍接受的方式。对只有有限空间可以设计滤波器的空腔谐振器而言，其品质因数也有限，因此要满足所需的插入损耗，也是一种挑战。与接收器通道滤波器相比，插入损耗的要求对于发射器通道滤波器来说更加重要，这是因为插入损耗越高，越需要更大的功率放大器、更大的直流电源，还要使用无线电的散热器。

抑制要求较高的情况也非常普遍。为了抑制住功率放大器处的多余带外功率，此一要求就显得很重要，否则将提高接收器通道的杂讯位准。利用交叉耦合，以及提高滤波器的阶数和谐振器的数量，就可以满足更高的抑制要求。

解决这问题看似简单，然而滤波器的设计人员必须在满足各种不同要求之间做出取舍。降低制造成本的要求也会带来约束，例如各种不同的机械限制、尺寸，以及制造上的偏好。这会在设计过程中产生许多折衷妥协，要根据客户的优先顺序来做出选择。

图5和图6中的例子是用来说明为TX频带在390MHz至395MHz下的双工器设计TX滤波器。具体的要求包括从380MHz到385MHz的RX频带下达到-85dB的抑制，以及使TX滤波器的插入损耗保持在1.7dB以下。此外还有机械上的限制，例如外部尺寸和连接器的位置等。

图5、以六极和-85dB抑制、2dB插入损耗所进行的滤波器设计

图6、以五极和-75dB抑制、1.5dB插入损耗所进行的滤波器设计

为了改善插入损耗，使用品质因数高于2,000的谐振器设计并不可行，这是因为存在着机械尺寸上的限制，例如整体结构的高度，以及制造上的考虑和公差等。

由于机械上的限制及埠的位置已经预先确定，所以难以利用更多交叉耦合来达成更多的抑制实施拓扑结构。因此，可使用更多的谐振器来满足对抑制的要求，并有较高的插入损耗，或者可以在RX频带下满足插入损耗的要求，同时减轻抑制。

在这些范例中，对于滤波器的设计，应在两种选项之间做出选择，那就是有较佳的插入损耗及较少的抑制，还是较佳的抑制与较差的插入损耗。这种选择只能根据客户的优先顺序来进行。关于这一点，可以同时向客户提供两种设计，并说明其中的优缺点，让他们做出选择，这样便可以在出现一定冲突的情况下满足其中更重要的要求。

作者：Massoud Ghassemi/ Taher Hadouej/ Rajib Chowdhury (本文作者任职于Molex)